喬梁 桑林瓊 鐘華 張曄

摘? 要：文章從控制論的角度，以回顧性的視角分析了我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)十屆本科生程序設(shè)計(jì)類課程分別在“近似閉環(huán)”和“傳統(tǒng)”教學(xué)模式的教學(xué)效果，在此基礎(chǔ)上對同一批新生的兩門程序設(shè)計(jì)課程分別采用“傳統(tǒng)”教學(xué)模式和自主設(shè)計(jì)的“閉環(huán)”教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)踐對比，證實(shí)了閉環(huán)式教學(xué)對學(xué)生的參與度，對教學(xué)過程和效果的控制力方面都有極大幫助。而信息技術(shù)手段的合理設(shè)計(jì)，可以成為推動(dòng)閉環(huán)式教學(xué)模式開展的得力助手。文章雖然是針對程序設(shè)計(jì)類課程的實(shí)踐與思考，但對其他課程的閉環(huán)式教學(xué)開展也具有一定參考作用。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)課程;閉環(huán)式教學(xué);回顧性分析;生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè);信息技術(shù)手段

中圖分類號： G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）19-0126-04

Abstract： From the perspective of cybernetics， this paper analyzed the teaching effect of the "approximate closed-loop" teaching mode and the "traditional" teaching mode respectively in the past ten grades of undergraduate programming courses of biomedical engineering major in our university. On this basis， the two courses of programming for the same class of freshmen were compared by the "traditional" teaching mode and the self-designed "closed-loop" teaching mode. The result proved that closed-loop teaching is of great help to students' participation， and of great help to the teaching process and effect control. And the result also displayed the rational design of information technology means can be the right assistant to promote the closed-loop teaching mode. Although this practice and thinking was from the courses of programming， it also can play a reference role for the closed-loop teaching of other courses.

Keywords： Programming Course; closed-loop teaching; retrospective analysis; biomedical engineering; information technology means

閉環(huán)式教學(xué)是借用控制論的理論，將原本離散的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)通過一系列技術(shù)手段和教學(xué)設(shè)計(jì)，合并成一個(gè)整體，形成一個(gè)環(huán)環(huán)相扣、信息疊加的閉環(huán)，從而確保整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的過程可控、效果可控[1]。

從控制論的角度分析，大部分的課程教學(xué)都有控制論的影子，例如普遍做到了“教師授課-學(xué)生反饋-教師調(diào)整“的單向三角形[2]。然而，課程教學(xué)活動(dòng)中的效果控制多數(shù)憑借的是教師樸素的師德態(tài)度來確保對教學(xué)反饋情況的及時(shí)掌握和下一步的課程改進(jìn)，帶有比較強(qiáng)的主觀性和隨意性特征。沒有形成一套完整的閉環(huán)控制理論體系，更沒有符合這套閉環(huán)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)手段來確保對每一個(gè)環(huán)節(jié)反饋情況的及時(shí)疊加，因而難以利用客觀機(jī)制進(jìn)行自我督促與自適應(yīng)修正。目前，基于控制論的教學(xué)設(shè)計(jì)已有數(shù)篇文獻(xiàn)，但主要集中于理論思考和小范圍實(shí)踐[3-8]，尚無長期追蹤的實(shí)踐數(shù)據(jù)作為支撐。

基于此，本文獨(dú)辟蹊徑，首先利用控制論的視角，通過對比我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)11屆本科教學(xué)班的程序設(shè)計(jì)類課程的三種教學(xué)方式，探索閉環(huán)式教學(xué)在實(shí)踐中的意義。

一、我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)十一屆教學(xué)班的情況簡介

「2007-2011級」為五年制本科，其程序設(shè)計(jì)類課程主要包括《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》（含48學(xué)時(shí)C#程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）和《高級程序設(shè)計(jì)》（70學(xué)時(shí)）兩部分，共計(jì)118學(xué)時(shí)，采用“近似閉環(huán)”教學(xué)模式。

「2012-2016級」為四年制本科后，其程序設(shè)計(jì)類課程主要包括《C語言程序設(shè)計(jì)》（72學(xué)時(shí)）和《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》（42學(xué)時(shí)）兩部分，共計(jì)114學(xué)時(shí)，采用“傳統(tǒng)”教學(xué)模式。

「2018級」四年制本科因?yàn)檐姼模跁和Ｕ惺?017級之后，其程序設(shè)計(jì)類課程調(diào)整為包括《C語言程序設(shè)計(jì)》（62學(xué)時(shí)）和《C++程序設(shè)計(jì)》（60學(xué)時(shí)）兩部分，共計(jì)122學(xué)時(shí)，前一課程采用“傳統(tǒng)”教學(xué)模式，后一課程采用“閉環(huán)”教學(xué)模式。

無論教學(xué)語言是C、C#還是C++，課程目標(biāo)始終是全面訓(xùn)練生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維，提高信息技術(shù)素養(yǎng)，增強(qiáng)運(yùn)用編程技術(shù)開發(fā)醫(yī)療應(yīng)用軟件、研發(fā)智能醫(yī)療設(shè)備、進(jìn)行軍隊(duì)衛(wèi)生勤務(wù)和醫(yī)院信息化建設(shè)與管理的能力。

二、「2007-2016級」“近似閉環(huán)”與“傳統(tǒng)”教學(xué)模式的回顧性分析

（一）「2007-2011級」“近似閉環(huán)”教學(xué)模式的實(shí)踐回顧

「2007-2011級」設(shè)計(jì)以48學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)語言基礎(chǔ)，以70學(xué)時(shí)獨(dú)立為一門《高級程序設(shè)計(jì)》課程，重點(diǎn)介紹如何以面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行信息化實(shí)踐，實(shí)踐不僅僅包括要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識編寫實(shí)用程序，也強(qiáng)調(diào)通過學(xué)科網(wǎng)站等信息技術(shù)手段進(jìn)行“近似閉環(huán)”的教學(xué)互動(dòng)和案例示范。包括課前通過學(xué)科網(wǎng)站布置預(yù)習(xí)任務(wù)[9]、短信自動(dòng)提醒上課時(shí)間和地點(diǎn)[10]、提供FTP作業(yè)提交入口[11]、趣味案例[12]等，教學(xué)設(shè)計(jì)見圖1。

上述如學(xué)科網(wǎng)站、短信通知、FTP作業(yè)管理等信息技術(shù)手段連同自主設(shè)計(jì)的大量開源趣味小軟件一起，由授課教師整理為課堂教學(xué)案例，在方便教學(xué)互動(dòng)的同時(shí)激發(fā)了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

這一教學(xué)模式站在今天閉環(huán)式教學(xué)模式的視角，看似具有“閉環(huán)”的特征，但并沒有形成真正的閉環(huán)，因?yàn)樵谡n前預(yù)習(xí)、準(zhǔn)備、課后作業(yè)環(huán)節(jié)雖然有較為具體的技術(shù)手段支撐，但沒有形成制度化的師生反饋機(jī)制，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不十分掌握，而維系師生最主要的交流手段是QQ群，具有極大的不可控性和對信息的主觀篩選性。簡而言之，要確保學(xué)生有質(zhì)量的學(xué)習(xí)，需要重點(diǎn)依靠教師在每一個(gè)環(huán)節(jié)對學(xué)生趣味的掌握和引導(dǎo)，故稱之為“近似閉環(huán)”教學(xué)模式。

但正是在這一時(shí)期，因?yàn)楦鱾€(gè)環(huán)節(jié)熱烈的互動(dòng)，授課教師應(yīng)學(xué)生要求，先后開設(shè)了“醫(yī)學(xué)數(shù)字影像信息化應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”、“數(shù)據(jù)庫技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用”等四個(gè)批次的第二課堂活動(dòng)，并組織學(xué)生參加重慶市大學(xué)生單片機(jī)競賽（嵌入式程序設(shè)計(jì)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用）、程序設(shè)計(jì)大賽等省部級競賽活動(dòng)，對戰(zhàn)40余所理工高校上千支參賽隊(duì)，獲得一等獎(jiǎng)2項(xiàng)（最高獎(jiǎng)）、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)8項(xiàng)的成績。畢業(yè)設(shè)計(jì)中至少有30%的學(xué)生選擇與程序設(shè)計(jì)緊耦合的題目，如醫(yī)療信息系統(tǒng)管理與維護(hù)、智能醫(yī)療設(shè)備研發(fā)。

（二）「2012-2016級」“傳統(tǒng)”教學(xué)模式與“近似閉環(huán)”模式的對照

「2012-2016級」設(shè)計(jì)以72學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)語言基礎(chǔ)，以42學(xué)時(shí)獨(dú)立為一門《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程，僅重點(diǎn)介紹面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，恢復(fù)到就理論講理論，就實(shí)驗(yàn)做實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)的單向三角形的教學(xué)模式，極少使用信息技術(shù)手段進(jìn)行教學(xué)的互動(dòng)和案例的切入，也未試圖建立課堂內(nèi)外各個(gè)環(huán)節(jié)的閉環(huán)或近似閉環(huán)的課程結(jié)構(gòu)。

雖然也完成了教學(xué)目標(biāo)，但學(xué)生普遍認(rèn)為程序設(shè)計(jì)晦澀無趣，結(jié)果在適逢“物聯(lián)網(wǎng)”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“云計(jì)算”等一系列信息化浪潮的有利環(huán)境下[13]，學(xué)生反倒沒有迸發(fā)出從事醫(yī)療信息化和智慧醫(yī)療設(shè)備研發(fā)的興趣。這一時(shí)期幾乎沒有學(xué)生要求開設(shè)程序設(shè)計(jì)相關(guān)的第二課堂活動(dòng)，也幾乎沒有參加校外學(xué)生競賽活動(dòng)，畢業(yè)設(shè)計(jì)幾乎都回避與程序設(shè)計(jì)緊耦合的題目。

分析既往2007-2016級共計(jì)10屆生工專業(yè)程序設(shè)計(jì)類課程的不同教學(xué)方法發(fā)現(xiàn)：雖然從生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)的宏觀角度看后五屆學(xué)生也達(dá)到了培養(yǎng)目標(biāo)，但程序設(shè)計(jì)能力略顯不足，學(xué)生普遍對信息技術(shù)不感興趣的短板值得反思。而前五屆設(shè)計(jì)了近似閉環(huán)的教學(xué)互動(dòng)，利用信息技術(shù)手段提升學(xué)習(xí)趣味和知識點(diǎn)耦合度，學(xué)生參與熱情度高，程序設(shè)計(jì)能力得到很好的培養(yǎng)，但尚不成體系，而且近似閉環(huán)缺乏對教學(xué)過程和質(zhì)量的監(jiān)控。

三、「2018級」“閉環(huán)”教學(xué)模式實(shí)踐

根據(jù)新的培養(yǎng)計(jì)劃，「2018級」為本科無軍籍學(xué)員，面向社會(huì)就業(yè)。因此，如何合理設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法與手段，使之適應(yīng)社會(huì)需求、提升學(xué)習(xí)興趣需要慎重對待?！?018級」的程序設(shè)計(jì)類課程由《C語言程序設(shè)計(jì)》（62學(xué)時(shí)）和《C++程序設(shè)計(jì)》（60學(xué)時(shí)）兩部分組成，共計(jì)122學(xué)時(shí)。在《C語言程序設(shè)計(jì)》慣性采用「2012-2016級」的“傳統(tǒng)”教學(xué)模式反響平平之后，教學(xué)組對于以往10屆生工專業(yè)程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)模式和技術(shù)手段的研究和完善更加迫切。在方法上需考慮跟上時(shí)代，進(jìn)一步運(yùn)用信息技術(shù)手段構(gòu)建閉環(huán)式教學(xué)模式，提升學(xué)習(xí)趣味和效率的同時(shí)，增強(qiáng)程序設(shè)計(jì)教學(xué)案例的直觀性，并應(yīng)用于隨后的《C++程序設(shè)計(jì)》課程。

（一）《C++程序設(shè)計(jì)》閉環(huán)式教學(xué)模式的構(gòu)建

針對《C++程序設(shè)計(jì)》課程，教學(xué)組提出了包括計(jì)劃發(fā)布、課前自主、課前準(zhǔn)備、課堂學(xué)習(xí)、課后實(shí)踐、效果測評、反饋補(bǔ)遺、計(jì)劃調(diào)整共8個(gè)環(huán)節(jié)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，要求每個(gè)環(huán)節(jié)采用信息技術(shù)手段增強(qiáng)交互和反饋，實(shí)現(xiàn)制度化的“任務(wù)發(fā)布-結(jié)果反饋-下一步計(jì)劃修正”的閉環(huán)，核心結(jié)構(gòu)如圖2所示。

每一次閉環(huán)以1-2個(gè)課次所覆蓋的章節(jié)（專題）為單位，形成一個(gè)教學(xué)周期。

從學(xué)生的角度，由“計(jì)劃發(fā)布”作為起點(diǎn)和終點(diǎn)，通過“計(jì)劃發(fā)布”明確學(xué)習(xí)任務(wù)、獲取預(yù)習(xí)/復(fù)習(xí)資源，通過“課前自主”進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和師生交流，通過“課堂學(xué)習(xí)”學(xué)習(xí)新知識、補(bǔ)充前期疑難問題，通過“課后實(shí)踐”和“效果測評”反饋給教師真實(shí)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，最終進(jìn)入下一輪“計(jì)劃發(fā)布”。

從教師的角度，由“課前準(zhǔn)備”作為起點(diǎn)和終點(diǎn)，根據(jù)前期學(xué)生真實(shí)情況的反饋，抓住前期關(guān)鍵知識點(diǎn)的缺失，在備課時(shí)注意對前期知識的查漏補(bǔ)缺，“課堂學(xué)習(xí)”對前期問題進(jìn)行針對性補(bǔ)充，通過“課后實(shí)踐”、“效果測評”收集學(xué)生在本次課的學(xué)習(xí)情況，在“反饋補(bǔ)遺”環(huán)節(jié)對發(fā)現(xiàn)的問題啟動(dòng)補(bǔ)救機(jī)制，激發(fā)“計(jì)劃調(diào)整”環(huán)節(jié)，梳理下一周期學(xué)習(xí)的“計(jì)劃發(fā)布”，進(jìn)入新一輪“課前準(zhǔn)備”。

而這一整套閉環(huán)的核心是確保各個(gè)環(huán)節(jié)的真實(shí)情況反饋。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在學(xué)科網(wǎng)站、在線測評、線上討論等常規(guī)信息手段協(xié)助之外，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了“問題卡”這一制度化的信息反饋督促機(jī)制。通過將每一教學(xué)周期的所有課堂實(shí)例、課后作業(yè)、實(shí)訓(xùn)任務(wù)、課本習(xí)題進(jìn)行統(tǒng)一編號，列為問題清單，以“制度化”的形式由信息技術(shù)督導(dǎo)學(xué)生在本教學(xué)周期內(nèi)完成清單打卡，方便教師以直觀的方式迅速掌握學(xué)生的知識短板，作為下一輪調(diào)整的依據(jù)。

（二）《C++程序設(shè)計(jì)》閉環(huán)式教學(xué)的實(shí)踐效果

該模式在《C++程序設(shè)計(jì)》課程完成實(shí)踐后，得到了學(xué)生的熱烈反饋，由于上述信息手段本身也是程序設(shè)計(jì)課程的知識點(diǎn)，閉環(huán)教學(xué)在輔助教師實(shí)時(shí)掌控學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況的同時(shí)，也提升了學(xué)習(xí)的趣味性，與同一班次的前導(dǎo)課程《C語言程序設(shè)計(jì)》相比，課終成績得到了非常明顯的提升（課終成績詳見圖3），課程結(jié)束后學(xué)生代表主動(dòng)要求增開程序設(shè)計(jì)類第二課堂和選修課，并積極加入教學(xué)組承擔(dān)的移動(dòng)醫(yī)療方向的民生課題。

課終成績對比

圖3顯示了2018級《C++程序設(shè)計(jì)》和《C語言程序設(shè)計(jì)》兩門課程的課終筆試成績曲線圖，課程的出卷、閱卷均按照大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化要求出題，出題老師非任課老師、雙盲，試題難度與授課知識點(diǎn)耦合度由督導(dǎo)專家審閱后均評價(jià)為A。在此背景下，兩門課的課終成績均符合正態(tài)分布，但與同一班次之前使用傳統(tǒng)手段《C語言程序設(shè)計(jì)》的期末成績對比，《C++程序設(shè)計(jì)》正態(tài)分布曲線明顯向右偏離，說明至少在學(xué)習(xí)興趣、參與度、教學(xué)效果控制方面對成績有很高幫助。

四、結(jié)束語

本文從控制論的角度，以回顧性的視角分析了我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)既往十屆本科生程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)效果，證實(shí)了采用接近閉環(huán)式教學(xué)模式與采用傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，在教師對學(xué)習(xí)情況的把握度、學(xué)生參與度和趣味性方面都有明顯幫助。在此基礎(chǔ)上在2018級同一批學(xué)生的兩門程序設(shè)計(jì)課程中分別采用傳統(tǒng)教學(xué)模式和自主設(shè)計(jì)的完全的閉環(huán)式教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)踐比對，證實(shí)了閉環(huán)式教學(xué)對學(xué)生參與度，對教學(xué)過程、效果的控制力方面都有極大幫助。

總之，將控制論融入傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，形成閉環(huán)式教學(xué)模式有助于對教學(xué)過程和教學(xué)效果的可控，能夠以較為客觀的機(jī)制提升教學(xué)質(zhì)量的保障，而信息技術(shù)手段，可以成為推動(dòng)閉環(huán)式教學(xué)模式的得力助手。本文雖然是針對程序設(shè)計(jì)類課程的閉環(huán)式教學(xué)實(shí)踐與思考，但對其他課程的閉環(huán)式教學(xué)開展也具有一定參考作用。

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